dc.contributor.advisor | Dahlhaug, Ole Gunnar | |
dc.contributor.advisor | Solemslie, Bjørn Winther | |
dc.contributor.author | Hvistendahl, Eivind | |
dc.date.accessioned | 2022-12-12T18:19:31Z | |
dc.date.available | 2022-12-12T18:19:31Z | |
dc.date.issued | 2022 | |
dc.identifier | no.ntnu:inspera:110276279:51159379 | |
dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/11250/3037352 | |
dc.description.abstract | Ettersom mer intermitterende energikilder kobles til strømnettet må Francisturbiner
i økende grad tilby balanseringstjenester. Dette fører til at turbinene periodisk opererer i suboptimale konfigurasjoner. Siden Francisturbiner varierer mye i design, er
et generisk turbindesign ikke tydelig definert. Med det sagt viser dette prosjektet
at generalisering av noen turbinaspekter er mulig. Videre viser det at ekstrapolering av spesifikke eksperimentelle data mellom forskjellige turbiner rettferdiggjøres. En generisk utmattingsskademodell for Francis løpehjul ble derfor laget
og videre omgjort til en Functional Mock-up Unit (FMU). Dette ble gjort både for
å sikre den videre modellutviklingen og for å muliggjøre modellutveksling. Ved å
definere lastintervaller, med tilhørende spenningsamplituder, kan driftsdata brukes
til å telle lastsykluser. Miners summering brukte materialspesifikke S-N-kurver for
å lokalisere materialtretthetslevetiden for forskjellige spenningsamplituder. Driftsdata fra Bratsberg kraftverk i Norge ble innhentet, og modellen ble testet på turbinen. Basert på den akkumulerte utmattingen fra de fem årene, projiserte en Monte
Carlo-simulering 5000 unike levetidsestimater. Fra levetidsfordelingen var gjennomsnittlig turbinlevetid 36.7 år med et standardavvik på 13.0. Prosjektet ble sett
på som en suksess både med tanke på modellen som ble laget, og FMU-byggingen.
Prosjektet konkluderer med at driftshistorikk, løpehjulsfrekvens og en S-N-kurve,
kan brukes med Palmgren-Miner-regelen å evaluere akkumulerte utmatting. Videre
konkluderer oppgaven med at turbinlevetid kan projiseres fra dette. | |
dc.description.abstract | As more intermittent energy sources are connected to the grid, Francis turbines
increasingly provide grid balancing services. This will cause the turbines to periodically operate in sub-optimal configurations. Since Francis turbines vary greatly in
design, a generic turbine design is not clearly defined. The objective of this project
was to develop a lifetime estimator for a generic Francis turbine. This project shows
that the generalisation of some turbine aspects appears possible. It also showed
that extrapolating specific experimental data between different turbines might be
justified. A generic fatigue damage model for Francis turbine runners was constructed and compiled into a Functional Mock-up Unit (FMU). This was done both
to ensure the continued model development and to enable model exchanges. By
defining load intervals, with corresponding stress amplitudes, operating data was
used to count stress cycles. Miner’s summation was used together with materialspecific S-N curves to locate the material fatigue life for different stress amplitudes.
Operating data from the Bratsberg power plant in Norway was acquired, and the
model was tested on this turbine. Based on the accumulated fatigue from the five
years, a Monte Carlo simulation projected 5000 unique lifetime estimations. From
the lifetime distribution analysis, the average turbine lifetime was 36.7 years with
a standard deviation of 13.0. The major conclusion of this thesis is that a general
fatigue damage model of the Francis turbine is possible. By utilising operating
history, runner frequency, and S-N curve, the Palmgren-Miner was used to evaluate
accumulated fatigue damage and project the expected turbine lifetime. | |
dc.language | eng | |
dc.publisher | NTNU | |
dc.title | A generic lifetime estimation model
for Francis turbines | |
dc.type | Master thesis | |